Optische Einzelionen-Uhr: Deutsche Forscher bauen genausten Zeitmesser der Welt

Deutschen Physikern ist es erstmals gelungen, die bisher nur in der Theorie existierende, optische Einzelionen-Uhr tatsächlich zu bauen. Es handelt sich dabei um den genausten Zeitmesser der Welt. Das Gerät könnte die Zeiteinheit der Sekunde alsbald schon neu definieren.

Optische Ytterbium-Uhr ist die genauste Uhr der Welt

Forscher der Physikalisch-Technischen-Bundesanstalt (PTB) haben ein neues Gerät gebaut, das hundertmal genauer die Zeit misst als die bisherige zuverlässigste Uhren der Welt (ein Cäsium-Zeitmesser). Hans Dehmelt hat 1981 bereits die Grundlagen für die Entwicklung dieser genauen Uhr geschaffen und in der Theorie eine Uhr zusammengebaut, die mit einem in einer Hochfrequenzfalle gespeicherten Ion funktioniert. Seitdem haben Forschergruppen weltweit probiert diese mit optischen Atomuhren nachzubauen. Die nun entwickelte optische Ytterbium-Uhr ist mit einer relativen Messunsicherheit von 3 x 10^–18 der bisher genauste Zeitmesser.

Als genauste Uhr zählte bisher die Atom- beziehungsweise Primäruhr. Hier nutzen Cäsiumatome die Hilfe von Mikrowellenstrahlung um sich in Schwung zu bringen. Von der Schwingung des Taktgebers hängt schließlich auch die Genauigkeit der Uhr ab. Das Ganze funktioniert bei Atom-Uhren, wie wir sie bisher kannten, so gut, dass diese erst nach 20 Millionen Jahren eine Sekunde nachgehen würden. Die nun entwickelte optische Einzelionen-Uhr funktioniert noch um das Hundertfache genauer. Die deutschen Forscher könnten damit ein Gerät entwickelt haben, das die Sekunde in Zukunft neu definieren dürfte. 2018 könnte das internationale Büro für Gewicht und Maß dann nicht nur die Einheiten Kilogramm, Ampere, Kelvin und Mol neu definieren, sondern auch die Zeiteinheit Sekunde.

Statt de Cäsiums, nutzen die Forscher bei der neuen Uhr das Element Ytterbium, dessen Atome auf einer viel höheren Frequenz schwingen. Das hat zur Folge, dass die Frequenz nicht mehr im Mikrowellenbereich, sondern schon im Bereich der sichtbaren Wellen liegt. Die höhere Frequenz der optischen Atomuhren wirkt sich dann natürlich auch auf die Genauigkeit aus. Die Ergebnisse haben die Physiker in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Physical Review Letters veröffentlicht.

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